Enskilda atomer kan göra eller bryta elektroniska egenskaper i en av världens minsta kända ledare – kvantnanotrådar. Mikroskopisk analys vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory ger en sällsynt inblick i hur atomstrukturen hos de ledande nanotrådarna påverkar deras elektroniska beteende.

ORNL -teamets mikroskopi bekräftade att avsiktligt införda defekter, som bara är storleken på en enda atom, kunde förvandla en ledande nanotråd till en isolator genom att stänga av elektronernas väg. Leds av ORNL:s An-Ping Li, forskargruppen använde multipel-probe scanning tunnelmikroskopi för att analysera nanotrådar gjorda av ett material som kallas gadolinium silicid.

"Denna typ av endimensionell ledare förväntas vara en grundläggande komponent i alla kvantelektroniska arkitekturer, sa Li, en forskare vid ORNL:s Center for Nanophase Materials Science. "En fördel med GdSi2 nanotrådar är att de är kompatibla med konventionell kiselteknologi och är därmed lättare att implementera i nanoelektroniska enheter."

Forskningen, publicerad i American Chemical Society's Nanobokstäver , är den första korrelerade studien som kopplar elektronrörelse till strukturella element såsom enpunktsdefekter eller föroreningar som avsiktligt odlas i nanotrådarna.

"När en ledare blir så liten, det kommer att vara mycket känsligt för atomära defekter på nanotråden, " sa Li. "Om ledaren eller tråden är stor, elektroner kan alltid hitta ett sätt att gå runt. Men med en så liten nanotråd, elektroner har inget sätt att fly. När du bara sätter några få defekter på denna nanotråd, du kan skära av konduktansen och kan omvandla en ledare till en isolator. "

Även om enstaka nanotrådar uppvisade övergången metall till isolator, ORNL -teamet observerade olika beteenden i buntar med nanotrådar som består av två, tre eller flera ledningar åtskilda av endast några få ångström.

"Om du sätter ihop buntar, mellantrådskopplingen har generellt en stabiliserande effekt på strukturen vilket i sin tur leder till bättre konduktans, " sa Li.